ES2426016B1

ES2426016B1 - Dispositivo para la producción de desinfectante y de agua desinfectada mediante activación electroquímica de soluciones acuosas

Info

Publication number: ES2426016B1
Application number: ES201200307A
Authority: ES
Inventors: Antonio CUEVAS CUADRADO
Original assignee: UN-ONE SISTEMS TECHNICS SL; Blue Water Treat S L; BLUE WATER TREATMENT SL; UN ONE SISTEMS TECHNICS SL
Current assignee: BLUE WATER TREATMENT SL
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: ES2426016A1; WO2013135923A1

Abstract

Dispositivo para la producción de desinfectante y de agua desinfectada mediante activación electroquímica de soluciones acuosas. Comprende una celda electroquímica (1) de tratamiento de una solución acuosa de cloruro sádico, que entra por una boca de entrada (2) y es sometida a la acción de un campo eléctrico, y es separada en un flujo de catolito (C), conteniendo iones positivos, y que sale de una cámara catolítica (3) de la celda (1), por una salida de catolito (4); y un flujo de anolito (A) desinfectante, con iones negativos, que sale de la cámara anolítica (5) por una salida de anolito (6).#Las cámaras catolítica (3) y anolítica (5) están separadas por una membrana semipermeable (7), pero permeable a los iones. Una de las celdas (1) tiene una tubería de recirculación (8) exterior de catolito (C) a una entrada de la cámara anolítica (5), para la recirculación de una fracción del catolito (C).

Description

DESCRIPCION

"Dispositivo para la producción de desinfectante y de agua desinfectada me-

diante activación electroquímica de soluciones acuosas"

5

Sector técnico de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para la producción de desinfectan-

te y de agua desinfectada, mediante activación electroquímica de soluciones acuo-

sas, que comprende al menos una celda electroquímica para una solución acuosa

1 O: de NaCI en agua sin desinfectar, en la que la solución acuosa entra por una boca

de entrada y es sometida a la acción de un campo eléctrico, y es separada en:

-un flujo de catolito, conteniendo iones positivos, y que sale de una cámara

catalítica de la celda, por una salida de catolito; y

-un flujo de anolito desinfectante, con iones negativos, que sale de la cáma-

15: ra analítica de la celda, por una salida de anolito.

Las cámaras catalítica y analítica están separadas por una membrana semiper-

meable, pero permeable a los iones. El desinfectante reivindicado está constituido

por el propio anolito resultante y el agua desinfectada reivindicada se produce por

adicción de anolito al agua sin desinfectar.

20

Antecedentes de la invención

La activación electroquímica de soluciones (ECAS, acrónimo de la expresión en

inglés "Eiectrochemical Activation of Solutions") se basa en el proceso electrolítico a

través de una membrana porosa de material cerámico, durante lo cual la solución

25: de agua en sal metálica (en especial, NaCI), sometida a un campo eléctrico, se se-

para en dos flujos. Una corriente eléctrica entre dos polos de metal inerte actúa a

través de la solución acuosa. El resultado de tratamiento en la cámara de ánodo es

la fracción analítica, o anolito, que es un oxidante altamente eficaz a bajas concen-

traciones al mismo tiempo que, debido a su eficacia a baja concentración, no resul-

30: ta tóxico para la salud humana, la de los animales ni la de las plantas. Su ámbito de

actuación se centra en la desinfección microbiológica, al degradar por oxidación las

membranas de las bacterias, virus, hongos y esporas de los hongos. La fracción

catalítica (el flujo separado por el polo negativo), o catolito, posee propiedades re-

ductoras, siendo un buen catalizador de reacciones químicas, formación de crista-

les, etc., por lo tanto con propiedades detergentes.

A nivel molecular, lo que ocurre es que el campo eléctrico creado entre los dos po-

los es mayor que la energía de los enlaces de puente de hidrógeno del agua, ven-

5: ciendo las fuerzas de Van der Waals, y atrayendo a sus respectivos elementos al

polo eléctrico opuesto. El cloruro sódico, que actúa como electrolito, aumentando el

rendimiento de la electrólisis del agua, también rompe sus enlaces y se disocia en

iones Na+ y cr. El diafragma permite el paso de los iones al lado correspondiente

de la membrana, concentrando los iones Na+ y H+ en el polo negativo y los iones

1O: 0 2-y Cr y sus compuestos en el positivo. A la salida de las celdas electrolíticas y

debido a la barrera que supone la membrana porosa, los dos efluentes están com-

pletamente separados. El catolito contiene compuestos de hidrógeno y sodio mien-

tras que es anolito es una mezcla de compuestos inestables de oxígeno y cloro.

15: Un punto importante es que el efecto de las soluciones ECAS es temporal. Tras un

periodo de tiempo (entre varias horas y varias semanas) los productos de las solu-

ciones ECAS de desactivan y se disocian en los productos iniciales. Esto explica

que los productos ECAS son ambientalmente ecológicos.

20: Para una mayor comprensión de esta tecnología, véase el artículo de CUEVAS,

Antonio; VINOGRADOV, Dimitri; VINOGRADOV, Vladimir, "Activación electroquími-

ca de soluciones acuosas (ECAS)", Rev. Ingeniería Química, N° 498, Ed. Reed Bu-

siness lnformation, Madrid, España -Octubre 2011, págs. 44 a 48.

25: El documentos W02006043853A 1, (RU20040130697}, de Vinogradov, da a cono-

cer un módulo del tipo citado con un ánodo cilíndrico axial y un cátodo que está

dispuesto en una posición coaxial con respecto al ánodo. Una cámara de trabajo

formado entre el cátodo y el ánodo está dividido en cámaras de cátodo y el ánodo

por una misma membrana semi-permeable coaxial. Una tubería de suministro de

30: reactivo de trabajo está fijado a una base y el ánodo está provisto de una cavidad

axial que está incorporado en el mismo y conectado a dicho reactivo de trabajo su-

ministrando tubo y la cámara del ánodo por medio de canales. La cámara del ánodo

está conectado a una tubería de descarga de anolito y la cámara de cátodo está

conectado a una tubería de descarga del catolito.

La patente EP1961706A1 (prioridad RU2297981) describe un módulo como el del

documento anterior, en que el compartimento del electrodo interior comunica direc-

tamente con el conducto de entrada de agua o solución y el electrodo interior adop-

5: ta la forma de una pared sólida

El documento W02009070056A1 (prioridad RU2367616), describe una variante de

los anteriores módulos, de conformación general cilíndrica oblonga, en que el elec-

trodo interno es un cilindro interno macizo y se enrosca a una tapa, el electrodo

1 O: externo es un cilindro coaxial que ejerce de pared externa, y el diafragma semi per-

meable es asimismo un cilindro coaxial a los dos anteriores intermedio. Entre el

diafragma y el electrodo interior queda definida una cavidad anular interna comuni-

cada fluidamente con conductos de entrada y de salida del agua o solución acuosa.

Entre el diafragma y el electrodo exterior queda definida una cavidad anular exter-

15: na, provista de conexiones de tubería de entrada y salido perpendiculares al eje.

Por último, el documento W020091 05046A 1 (prioridad SK50172008) describe un

producto desinfectante respetuoso con el medioambiente, que es el resultado de la

descomposición electrofísica de una solución de cloruro sódico en agua, contenien-

20: do 0.01 a 0.1 % de cloro activo, 0.0001 a 0.0003 % de dióxido de cloro, 0.1 to 0.2 %

de cloruro sódico, y siendo el resto agua, su potencial de oxidación-reducción está

comprendido entre 600 y 1200 m V y el pH entre 2 y 11. Fuente del cloro activo es el

ácido hipocloroso, hipoclorito de sodio o cloro molecular ya sea individualmente o

en los compuestos. Este desinfectante puede contener trazas de agentes oxidantes

25: tales como peróxido de hidrógeno, ozono, oxígeno.

Aún siendo de una correcta funcionalidad, los anteriores dispositivos no están por

completo exentos de inconvenientes. Normalmente, actualmente el consumo eléc-

trico aproximado para obtener una solución de un litro de fracción anolítica a 500

30: ppm de Cloro activo es de 10 Wh y el consumo de NaCI es de entre 3 y 8g. Ello

requiere normalmente equipos de gran tamaño y escasa portabilidad para produc-

ciones de volúmenes elevados de anolito desinfectante, por lo que en la actualidad

su uso queda muy restringido a utilizaciones hospitalarias, en laboratorios, en la

industria agroalimentaria y en piscinas. Sería de desear un equipo que tuviera una

portabilidad y rendimiento en producción de anolito sensiblemente superiores.

5: La presente invención tiene por finalidad proporcionar un dispositivo para la desin-fección de aguas que pueda tener poco peso para poder ser transportado fácilmen-te a lugares de difícil acceso, con un anolito más rico en cr, para poder ser em-pleado en zonas con escasez de agua, y con un bajo consumo eléctrico, para su empleo en localizaciones con recursos limitados de producción eléctrica, todo ello por ejemplo para ser empleado en acciones humanitarias,

1 O 15: Explicación de la invención A tal finalidad, el objeto de la presente invención es un dispositivo portátil para la producción de desinfectante y de agua desinfectada, del tipo indicado, que en su esencialidad se caracteriza, según la parte caracterizante de la reivindicación 1 , porque al menos una de las celdas tiene una tubería de recirculación exterior de catolito a una entrada de la cámara analítica, para la recirculación de una fracción del catolito. De esta manera se permite bajar el consumo eléctrico y obtener un anolito más rico en calcio al mismo tiempo.

20: En las reivindicaciones 2 y sucesivas se dan a conocer realizaciones preferidas de la presente invención.

25: Breve descripción de los dibujos A continuación se hará la descripción de un modo de realización preferido, aunque no exclusivo, del dispositivo según la presente invención, para cuya mejor com-prensión se acompaña de unos dibujos, dados meramente a título de ejemplo no limitativo, en los cuales:

30: la FIG. 1 es una vista esquemática en alzado y sección parcial que muestra una variante de una celda de electroactivación química a emplear en el dispositivo de la presente invención;

la FIG. 2 es una vista esquemática de un ejemplo de realización de un dispositivo según la presente invención que incorpora la celda de la FIG. 1 y que adopta la forma de una mochila, vista de lado;

la FIG: 3 es una vista esquemática frontal de la mochila de la FIG. 2, en que, por

motivos de claridad, la celda de la FIG. 1 se muestra en una posición diferente con

respecto a la celda de la FIG. 2; y

5

la FIG. 4 es una vista esquemática en que se muestra el modo operativo de la reali-

zación preferida del dispositivo de la presente invención.

Descripción de un modo de realización preferido

1O: En los dibujos adjuntos puede verse la constitución y el modo operativo del disposi-

tivo 100 para la producción de desinfectante A y de agua desinfectada D, potable,

mediante activación electroquímica de soluciones acuosas 15, que comprende co-

mo elemento funcional central una celda electroquímica 1 para una solución acuosa

15 de Nael en agua sin desinfectar 14.

15

En la FIG. 1 puede verse que la celda electroquímica 1 única tiene una forma gene-

ral cilíndrica alargada, con cuatro conexiones, dos de entrada 2 y 23, y dos de sali-

da 4 y 6, y comprende un cátodo 20 exterior cilíndrico, un ánodo 21 interior cilíndri-

co coaxial y una membrana semipermeable 7. Entre el cátodo 20 y la membrana 7

20: queda definida una cámara catolítica 3 y entre la membrana "1 y el ánodo 21 queda

definida una cámara anolítica 5. El cátodo 20 es una pared cilíndrica, recubierta por

una superficie de Titanio, que ejerce la función de polo negativo o cátodo.

Una solución 15 de eiNa en agua sin desinfectar 14 (entre 2 y 5 g/1 de eiNa) entra

25: por una boca de entrada 2 a la cámara catolítica 3, en la que un campo eléctrico de

baja tensión, pero suficiente para romper los enlaces de Van der Wals de las molé-

culas, disocia el agua y la sal13 en los iones negativos y positivos Na+, el-, H+ y 0 2 ,

además de otras especies iónicas. Se genera así un flujo de catolito e, conteniendo

iones positivos, que sale por la salida de catolito 4 y un flujo de anolito A, que con-

30: tiene los iones negativos, y que sale por la salida de anolito 6.

El anolito A es oxidante y tiene la característica de degradar las membranas de las

bacterias, virus, hongos y esporas de hongos. El anolito A producido es el desinfec-

tante el dispositivo 1 cuya producción se reivindica. El catolito e tiene propiedades

oxidantes y puede ser empleado como producto detergente.

El catolito e (conteniendo Na+ y H+), atraviesa la membrana 7 y sale de la cámara

catalítica 3 de la celda 1 por la citada salida de catolito 4, hacia una tubería de re-

5: circulación 8 a la cámara analítica 5. Esta recirculación del catolito e se efectúa,

según la invención, para reducir el consumo eléctrico y aumentar la capacidad de

generación de anolito A por unidad de volumen del dispositivo 100, permitiendo así

dispositivos con menor consumo y más portables. En la tubería de recirculación 8

hay una válvula de tres vías 9 que deriva parte del flujo de catolito e hacia el exte-

1 O: rior, para su extracción como producto de colas, y parte para su recirculación a la

cámara analítica 5. La porción recirculada de catolito e· puede estar comprendida

entre 2/5 y 4/5 del catolito e total producido, y entra en la cámara analítica 5 por

una entrada 23 exterior. Se obtiene así una segunda reacción electroquímica en la

que se concentran los iones negativos de oxígeno y cloro, creando un flujo de anoli-

15: to A más concentrado, pues ya se habían obtenido iones de oxígeno y cloro en la

cámara analítica 5.

En las FIGS. 2 y 3 puede verse que la celda 1 está incorporada en una mochila 19

con asas 27 de cuelgue en espalda o de arrastre (también podría ser una maleta o

20: equivalente) determinando el dispositivo 100 de la invención. El dispositivo 100 es

así transportable por una sola persona con facilidad. Para incrementar la portabili-

dad, el dispositivo 100 se podría complementar con unas ruedas (no mostradas).

El dispositivo 100 comprende, entre otros elementos adicionales, una bomba su-

25: mergible 1 O, una manguera 20, medios de dosificación 11 de sal 13 desde un de-

pósito 12 de sal 13 a la corriente de agua sin desinfectar 14, filtros 16 previos para

la filtración del agua sin desinfectar 14 previamente a su entrada a la celda electro-

química 1, una fuente de alimentación eléctrica para la generación del campo eléc-

trico de la celda electroquímica 1 y el resto de dispositivos eléctricos o electrónicos

30: del dispositivo, placas solares 17 y una batería 18. En la FIG. 4 se muestra un equi-

po de control 22 de las placas solares 17, constituido, por ejemplo, por un "inverter".

El agua sin desinfectar 14 que se utiliza para la generación del flujo de anolito A

oxidante será agua de cualquier efluente: pozo, río, estanque, agua de lluvia, etc.

Por lo que el dispositivo 100 podrá funcionar en cualquier lugar en el que haya la posibilidad de acceder a agua.

El agua sin desinfectar 14 es captada mediante la bomba sumergible 10, de 12V, compatible con alimentación a 24V y conectada a la batería 18. Esta batería 18 será cargada mediante la captación solar por placas solares 17 (paneles fotovoltai-cos), si bien podrá ser conectada a una red eléctrica mediante una fuente de ali-mentación-transformador 26 (FIG. 4) que convierta el voltaje existente a 12V. Se suministra con la máquina por defecto el convertidor de 220V en AC a 12 V DC.

La bomba 10 vierte el agua sin desinfectar 14 captada a una manguera 20 plegable y una vez captada el agua sin desinfectar 14, una proporción de entre el 10 y el 20% del caudal captado (de entre 5 a 1 O litros/hora), regulable mediante un rotóme-tro aforado 24 (FIG. 3), es desviada del flujo de la bomba 1 O hacia un proceso de filtración antes de mezclar el agua sin desinfectar 14 con el cloruro de sodio, for-mando la solución 15, y pasar a la celda electroquímica 1 y generar el flujo oxidante

o anolito A.

El anolito A desinfectante se puede dosificar mediante un dosificador "Venturi" o por accionamiento hidráulico el desinfectante en la tubería 25 por donde pasa el agua sin desinfectar 14 captada con la bomba sumergible 10, o añadirla a un recipiente en las proporciones adecuadas. Un contacto de 45 minutos matará los microorga-nismos presentes en el agua.

El consumo eléctrico del dispositivo 1 00 es bajo y la intensidad total que consume no supera los 6 amperios (unos 72 Wattios). En el caso de que la bomba sumergi-ble 1 O trabaje a 24 voltios, el consumo será mayor y por tanto, las baterías se des-cargarán antes, pero tendremos mayor caudal durante esas horas. Eso significa que se puede desinfectar un mayor volumen de agua 14 en menos tiempo pero que se precisará mayor número de paneles solares 17 y baterías de acumulación 18.

El peso de la máquina dependerá del peso de los paneles solares 17 y de las bater-ías 18. Como se trata de un dispositivo 100 pensado para trabajar incluso en luga-res de difícil acceso, deberá ser trasportable por una sola persona mediante la mo-chila 19 con asas 27 (o equivalente) y para ello se ha pensado en incorporar pane-les solares 17 plegables (de los existentes en el mercado, por ejemplo de 1,4 kg./unidad) y baterías 18 de ion-litio (aproximadamente 960 g. /unidad) de 4,6 Ah de capacidad.

5 Los medios de filtración consisten en un filtro en la bomba 10, y sucesivos o alterna-tivos filtros 16 de 1 y 5 micras de paso y una ósmosis inversa (también admite membrana de ultrafiltración). Y su peso en seco no supera los 2 kg. El equipo de la celda 1 pesa alrededor de 3 kg. por la dosificador de accionamiento hidráulico, prin-

10 cipalmente. Por último, la bomba pesa 2,5 kg. En general, los pesos y las potencias de la realización preferida, ideada y construida por los inventores son:

Tabla 1

Dispositivo Características Peso (kg)

Bomba sumergible 10 Filtros 16 Celda electroquímica 1 Paneles solares 17 Baterías 18 Tubería, cable eléctrico

y estabilizador de señal

30W, 12V

36Wa 12V 62W, 3A 6A, 4,6Ah 2,50 2,00 3,00 2,80 2,90

3,00

TOTAL Consumo 66W 16,20

15 El total de unos 16,20 kg lo hace apto para ser transportado en una mochila.

La bomba sumergible 1 O empleada es especial (Shurflo®) para bombeo por energ-ía solar y se estabiliza la señal mediante un dispositivo electrónico que la acompa-

20 ña. Las placas solares plegables están especialmente diseñadas para expedicio-nes, al igual que las baterías (las empleadas son de la marca Sunload).

En cuanto a la dosificación de la sal 13, una vez ha salido de la filtración mediante membranas 16 y previo al paso del agua sin desinfectar 14 por la celda de activa-

25 ción electroquímica 1 , la salmuera 13 se dosifica desde un depósito 12 en una pro-porción equivalente a la riqueza final que se desea del oxidante y teniendo en cuen-ta que un exceso de sal 13 aumentará la conductividad y por tanto nos aumentará también el consumo eléctrico en la celda 1. Con tal finalidad puede emplearse un dispositivo de dosificación de sal estándar 11 (FIG. 2 y 3).

5

Se han realizado ensayos a muestras del desinfectante obtenido como el anolito del dispositivo 100 realizado, siguiendo el procedimiento indicado en la norma UNE-EN 13697 (04/2002), cuando la muestra está a una concentración del 100% (v/v). La misma poseía actividad bactericida sobre superficies para fines generales, después

10 de 5 minutos de contacto y en condiciones limpias (concentración de albúmina bo-vina en el ensayo= 0,3 g/1), sí los organismos de ensayo son: Pseudomonas aeru-ginosa CECT 116 (ATCC 15442), Staphylococcus aureus CECT 239 (ATCC 6538), Enterococcus hirae CECT 4081 (ATCC 10541) y Escherichia coli CECT 516 (ATCC 1 0536). La reducción de la viabilidad podría ser superior a 4 log1o-

15 En el caso de organismos fúngicos, cuando la muestra estaba diluida en agua dura a una concentración del 100% (v/v), la misma poseía actividad fungicida sobre su-perficies para fines generales después de 15 minutos de contacto y en condiciones limpias (concentración de albúmina bovina en el ensayo= 0,3 g/1) si los organismos

20 de ensayo son: Aspergillus brasiliensis CECT 2574 (ATCC 16404) y Gandida albi-cans CECT 1394 (ATCC 10231). En este caso, la reducción de la viabilidad es su-perior a 3 log1o-